光纤激光非相干组束技术的研究进展

光纤激光非相干组束技术作为可以大幅提高光纤激光器输出功率的有效手段已经引起了越来越多的关注。当前光纤激光非相干组束研究方法为偏振组束和波长组束。尤其介绍了波长组束方面的研究进展,包括MOPA结构、三光栅结构和PTR布拉格光栅结构的波长组束。对各组束光束的性能参数进行了一定的分析对比,最后对非相干组束发展中存在的问题进行了探讨。

体布拉格光栅用于高功率光谱组束的研究

使用透射型体布拉格光栅组束两束光纤激光,实现了856 W光谱组束输出。总的光谱组束效率为73.7%,组束光束的横向质量因子为7.9,纵向质量因子为2.7。研究结果显示,虽然体光栅的角色散严重影响衍射光束的光束质量,但其并不影响透射光束的光束特性。由于当前宽谱光纤激光器的输出功率远大于窄线宽输出,使用宽谱光纤激光器(光谱带宽超过4nm)作为透射光束,能够在不降低组束效率和组束光束质量的前提下,有效提升使用体布拉格光栅进行光谱组束的总输出功率。

机载软杀伤光源光纤激光组束方法的选择

简单介绍了光纤激光相干和非相干组束方法,理论上分析了非相干和相干组束的光纤个数。结果表明,非相干组束方法可以实现几百根光纤激光的合成,组束功率可以达到10kW量级,而相干组束方法只能实现大约10根光纤激光的合成。显然,非相干组束方法是实现机载软杀伤激光光源的理想选择。

利用光纤组束获得机载软杀伤高功率光源

提出了利用光纤组束技术获得机载软杀伤高功率光源的想法。分析了双包层光纤激光器的工作原理,简单介绍了非相干组束的原理和缺陷,重点阐述了并联主振荡相干组束方法及相干组束的优势。分析表明相干组束光纤激光器是未来机载软杀伤高功率光源的必然选择。

光纤激光的频谱组束技术

频谱组束具有结构简单、便于控制等特点,是实现大功率、高质量光纤激光输出的有效手段。介绍了利用光栅、变换透镜等元件进行光纤激光频谱组束的基本结构和原理。综述了光纤激光频谱组束技术的最新进展情况,包括MOPA结构的频谱组束、三光栅结构的频谱组束和基于PTR布拉格光栅的频谱组束;比较分析了各种组束方法的优缺点。分析了当前频谱组束技术要解决的关键问题并展望了其发展前景。

受激布里渊散射相位共轭激光组束规律

提出了一种新的 SBS激光组束的方法。此方法中 ,一束按时间分布的激光脉冲序列作为泵浦光从 SBS放大池的一端入射 ,另一束 Stokes频移种子光从 SBS池的另一端入射 ,Stokes种子光在 SBS池的相互作用区提取泵浦光能量。研究了组束效率和输出脉宽随脉冲串个数、间隔和泵浦功率密度等的变化规律。

基于反射体布拉格光栅谱组束的设计

针对反射体布拉格光栅谱组束中缺乏精密控制仪器的实验条件,采用透镜作为光束入射角和准直控制器件,设计了一种结构简单的谱组束系统。基于衍射效率方程,得到了光栅最佳设计参数;基于像差理论,得到了透镜最佳设计参数。针对该设计系统,对影响组束效果的因素进行了分析,并对组束效果进行了预测。结果表明:当激光束的谱宽小于1.5 nm时,设计系统的组束效率能超过90%;而当光束的谱宽达到2.1nm时,设计系统也能获得超过88.7%的组束效率。

光纤激光频谱组束技术的研究进展

光纤激光频谱组束是实现大功率、高质量光纤激光输出的有效手段。综述了光纤激光频谱组束技术的最新进展情况,介绍了光栅外腔频谱组束、MOPA结构频谱组束、PTR布拉格光栅频谱组束以及二维阵列的相干和谱组束等方案的基本原理和研究现状,比较分析了各种组束方案的优缺点,最后对频谱组束发展中存在的问题进行了探讨。

外腔两束光纤激光频谱组束的实验研究

报道了外腔2个大模面积双包层Er3+/Yb3+共掺光纤激光器频谱组束的实验结果,获得了最大功率为0.80 W、组束效率高达82.5%的组束激光输出。演示和分析了光纤末端放置位置的改变、光栅的旋转对输出光谱和组束效率的影响,结果表明:当光纤末端距系统轴的位置超过某一定值时,输出光谱呈现多模;当光栅与水平面所成角度减小时,组束效率逐渐增大。

用于快点火的激光驱动器组束方式

根据实现快点火激光的预估参数要求,分析了非相干组束和相干组束是否可满足快点火所需的激光功率密度和能量。引入与实际情况相当的畸变波前分析远场焦斑,为了满足能量要求非相干组束需要组合更多的光束,并改进驱动器的稳定性将角漂控制在±2μrad范围内;相干组束可获得更小的焦斑有利于提高功率密度,同时可降低对能量的要求,但仅对单路光分别进行波前补偿并不能提高能量集中度,需要引入复杂的监测和控制设备对整个通光孔径内的波前(包括束内和束间)进行全局控制。基于目前提出的参数要求和波前校正能力,非相干合成更易实现快点火,但相干合成则具有更广泛的应用潜力。

光纤激光器频谱组束的理论研究

建立了由光纤激光器阵列、薄透镜和衍射光栅组成的频谱叠加理论模型,基于高斯光束的变换和衍射理论,推导出远场光强分布的关系式,探讨了系统参量的优化设计并进行了数值模拟。结果表明:当中心波长激光器的-1级干涉主极大与槽面衍射主极大重合、零级干涉主极大刚好落在槽面衍射的+1级零值极小上、其它波长激光器的-1级干涉主极大与中心波长激光器的槽面衍射主极大重合时,输出光束的衍射效率较高;当光栅平面法线与薄透镜光轴的夹角为衍射光栅槽形角的一半时,输出光束的半角宽度较小。

多模光纤受激布里渊散射非相干组束的机理及理论模型

基于布里渊散射耦合强度方程,分析了多模光纤受激布里渊散射非相干组束的机理,建立了其非相干组束的理论模型,并依据模型进行了理论计算。结果表明:在较长的多模光纤中,受激布里渊散射产生的Stokes光以LP01模传输;其非相干组束过程是混合光分解成线偏振光的逆过程;计算的组束功率与T.H.Russel等人的实验结果相一致。最后,分析了组束光强的分布,表明了组束光强对模场尺寸的依赖关系,证明提高组束光强的有效措施是减小组束光的模场半径。

被动锁相光纤激光相干组束的研究进展

被动锁相光纤激光相干组束是实现大功率、高质量光纤激光输出的有效手段之一。介绍了外腔法、全光纤自组织法、倏逝波耦合以及相位共轭法四种组束方案的原理,综述了被动锁相光纤激光相干组束技术的研究进展,分析了四种组束方案的发展前景。

光纤激光器及其相干组束

简述了光纤激光器的发展历史,重点介绍了双包层光纤激光器的进展并给出了高功率双包层光纤激光器的最新研究结果。评述了目前国内外高亮度激光的关键技术:光纤激光器的相干组束。介绍了几种典型的相干组束技术并分析了其工作原理。最后给出了相干组束研究的最新结果。

光纤组束研究的新进展

介绍了当前光纤组束研究中的几种主流方法,即利用受激布里渊散射的光纤组束;利用衍射光学元件的光纤组束;全光纤组束等。对这些方法作了对比和分析。并对光纤组束的应用前景进行了展望。

基于外腔光纤激光器阵列频谱组束的耦合效率

分析了外腔高斯光束频谱组束的机理。针对Bochove推导点特征扩展系数所使用的方法繁琐问题,运用角特征的近似形式,推导了点特征的扩展系数;并基于频谱组束模型,讨论了影响耦合效率的因素。结果表明,外腔最大耦合效率时,激光器阵列应排列成开口背离传输透镜的抛物线形;当阵元的横向位移超过1.5 mm时,抛物线形排列的阵元耦合效率是相同位置直线形排列阵元耦合效率的2倍;使用外腔频谱组束,应尽量选择焦距较长的传输透镜。

基于光纤激光组束的激光推进技术

介绍了激光推进技术的原理及其优势,重点分析了激光推进光源的选择。光纤激光器通过激光组束技术可达到10kW量级的输出功率,并且具有传统TEA脉冲CO2激光器不可比拟的优势,是激光推进光源的理想选择。

多芯光子晶体光纤的相干组束集成

高功率光纤激光器的广泛应用前景使其成为固体激光器的研究新热点,但是由于受到受激布里渊散射(SBS)和受激拉曼散射(SRS)的影响,严重限制了单根光纤的最大输出功率,与此同时随着输出功率的增加带来了光束质量变差的问题。光纤激光并联组束的方法因其光束质量差,也在其应用上受到诸多限制,而基于倏逝波耦合的多路激光束相干叠加实现的相干组束技术则能使输出功率得以提高的同时保证好的光束质量。基于上述的问题,文中设计出解决方案并理论计算对比了一芯、三芯、七芯的光子晶体光纤光强分布情况,证明集成式多芯光子晶体光纤可以很好地实现相干组束输出,这为实现光纤激光器高功率和高光束质量输出提供新的可能途径。

重叠体光栅相干组束的耦合波分析

目前基于重叠体光栅的相干组束系统还没有完整的理论模型和参数分析,针对这个问题,本文采用耦合波理论,建立了比较完整的基于重叠体光栅的双光束组束模型,给出了各光束在重叠体光栅内传播的解析解。模型表明,基于重叠体光栅的双光束组束系统其输出光强受两入射光的振幅和位相、体光栅间的相移和折射率调制振幅、光栅厚度、失谐量等多个光学参数的影响。通过数值计算,详细分析了各光学参数对组束结果的影响。最后总结了设计高效重叠体光栅相干组束系统时必须遵循的条件,如必须对光栅厚度进行优化、各光栅的折射率调制振幅必须相同、保证失谐量足够小等。

机载自卫用非相干光纤激光组束的研究

给出了非相干光纤激光组束的方法及条件,并分析了非相干组束的光纤个数及功率实现,结果表明组束激光功率完全满足战术型激光武器的功率需求。同时,分析了组束激光的光束质量评价方法,将其与组束功率相结合得到组束激光亮度,该指标表明在满足功率需求的条件下,采用尽可能少的组束光纤个数将保证系统的自卫防御能力。